X-Y信號產(chǎn)生與圖形顯示

　　摘要：本設(shè)計為一個X-Y信號產(chǎn)生與圖形顯示裝置，在輸入正弦信號的頻率為1MHz左右，電壓峰峰值為2V的情況下，對正弦信號進行二分頻和移相操作并在示波器X-Y工作方式下進行顯示，并通過MSP430F5529開發(fā)板進行控制。

　　引言

　　本設(shè)計中輸入單路正弦信號，對該輸入正弦信號的二分頻通過使用由LM311構(gòu)成的過零比較器、D觸發(fā)器74HC74和巴特沃斯有源四階低通濾波器相結(jié)合實現(xiàn);移相電路組是由OPA890構(gòu)成的移相電路、模擬開關(guān)CD4052以及繼電器所構(gòu)成。通過將X、Y軸信號輸入示波器以動態(tài)顯示李沙育圖形。

　　X-Y信號產(chǎn)生的實現(xiàn)

　　(1)二分頻電路的設(shè)計與實現(xiàn)

　　要實現(xiàn)對正弦信號的二分頻，需要將正弦信號轉(zhuǎn)換成同頻率的方波信號，再通過數(shù)字芯片對方波信號進行二分頻，最后通過高階低通濾波器將方波信號還原成正弦信號。

　　正弦信號輸入比較器LM311可轉(zhuǎn)換成方波信號，用D觸發(fā)器74HC74實現(xiàn)對方波的二分頻。利用巴特沃斯低通濾波器將方波轉(zhuǎn)換成正弦波，這里采用截止頻率為500kHz的四階有源低通濾波器。

　　(2)移相電路的設(shè)計

　　移相電路組是由0°、45°、90°、180°固定移相電路和0°到45°步進為15°的程控移相電路構(gòu)成，通過繼電器與模擬開關(guān)實現(xiàn)0°到180°范圍內(nèi)15°步進調(diào)節(jié)。其中45°的輸出和90°的輸入通過繼電器連接，方便程序控制產(chǎn)生135°到180°的步進調(diào)節(jié)?！　?/p>

 

　　如圖3所示一階移相器，根據(jù)虛短虛斷原理可以得出輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系式：
        (1)
　　取R1=R2，化簡后得到傳遞函數(shù)：
       
　　從式(2)可得相頻函數(shù)：
       
　　由此得出其相位與角頻率、電阻R、電容C之間的關(guān)系，又因為輸入信號的頻率為1MHz，所以相移由同相輸入端的R、C決定，在設(shè)計時只需要選取合適的R、C即可獲得相應(yīng)的相移度數(shù)(0-180°)。如圖3所示，其中R3和C1決定了電路的移相值。